[发明专利]一种具有长短叶片特征的不可调轴流泵叶轮的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于流体机械及工程设备技术领域，涉及一种具有长短叶片特征的不可调轴流泵叶轮的设计方法。

背景技术

小型不可调轴流泵广泛应用于渔业、农田的小规模提水和排灌，而轴流泵叶轮则是小型轴流泵装置的核心部件，其性能直接决定整个泵装置的性能，同时，小型轴流泵叶轮还可安装于离心泵叶轮的进口，作为短距诱导轮起到前置增压、改善离心泵汽蚀余量的作用，因此提升、改善小型轴流泵叶轮的性能具有重要意义。

然而，在现有的小型轴流泵叶轮的运转过程中，叶轮出口附近的叶片吸力面与轮毂相交处，经常由于流体的相对速度过低而出现脱流和旋涡，造成泵装置的效率下降，并影响出水管流态的稳定，从而对流体输送过程的稳定性造成恶劣影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有长短叶片特征的不可调轴流泵叶轮的设计方法，解决了轴流泵叶轮运转过程中轴流泵叶轮出口附近叶片吸力面与轮毂相交处出现脱流和旋涡，导致流体输送不稳定的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种具有长短叶片特征的不可调轴流泵叶轮的设计方法，具体包括以下步骤：

步骤1，根据流线法设计不可调轴流泵叶轮长叶片的三维叶型；

步骤2，根据步骤1设计出的长叶片三维叶型的各参数设计不可调轴流泵叶轮短叶片的三维叶型；

步骤3，将步骤2设计出的每个短叶片间隔布置在相邻两个步骤1设计的长叶片组成的流道中间，即得到具有长短叶片特征的不可调轴流泵叶轮。

本发明的特点还在于，

步骤1中具有长短叶片特征的不可调轴流泵叶轮的长叶片三维叶型的设计步骤如下：

步骤1.1，根据给定的不可调轴流泵中的设计扬程H，单位为m，设计流量Q，单位为m³/s和转速n，单位为r/min，按如下公式(1)计算不可调轴流泵叶轮的比转速n_s：

步骤1.2，根据步骤1.1所得的叶轮的比转速n_s确定轴流泵叶轮的轮毂比d_h/D及轴流泵叶轮的长叶片数目Z_L；

步骤1.3，计算不可调轴流泵叶轮的轮毂直径d_h，单位m；

步骤1.4，从不可调轴流泵叶轮的轮毂到轮缘按相等的流面间距分为n个设计流面开展流面翼型设计，计算从不可调轴流泵叶轮的轮毂到轮缘间的各设计流面的叶栅稠密度值(l/t)_i，i＝1，2……n；

步骤1.5，依据步骤1.4所得的各设计流面的叶栅稠密度(l/t)_i，按照如下公式(7)获得各设计流面上翼型的弦长l_i：

l_i＝(D_iπ/Z_L)(l/t)_i，i＝1，2……n (7)；

步骤1.6，计算不可调轴流泵叶轮中长叶片的最大厚度d_Lmax，在不可调轴流泵叶轮的轮毂处翼型使用最大厚度值d_Lmax，计算过程如公式(8)所示：

根据所得的不可调轴流泵叶轮中长叶片的最大厚度d_Lmax确定不可调轴流泵叶轮长叶片轮缘处翼型的最大厚度值d_0max，

d_0max＝(1/5～1/3)d_Lmax (9)；

步骤1.7，根据步骤1.6所得计算结果求不可调轴流泵叶轮长叶片的轮毂到轮缘间各流面翼型的最大厚度d_imax，i＝1，2……n，计算过程如公式(10)所示：

其中，D_i为各设计流面的直径，i＝1，2……n，单位m；d_h为不可调轴流泵叶轮的轮毂直径，单位m；

步骤1.8，分别计算编号为i的各流面处的翼型型线进口角β_i1，i＝1，2……n、翼型型线出口角β_i2，i＝1，2……n、叶弦安放角β_iL，i＝1，2……n以及翼型型线半径R_i，i＝1，2……n，采用单圆弧型线法绘制各流面翼型型线；